Бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений в бомбовых калориметрах и может быть использовано для определения теплоты сгорания горючих газов. Предложен бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа, содержащий калориметрическую оболочку, установленный внутри нее калориметрический сосуд, заполненный перемешиваемой мешалкой жидкостью с погруженным в нее термометром, и установленную внутри калориметрического сосуда калориметрическую бомбу с тиглем для размещения навески бензойной кислоты при калибровке калориметра, арматурой крепления тигля и контактами цепи поджига. В предложенном калориметре между поверхностью калориметрической бомбы и внутренней поверхностью калориметрического сосуда установлены дополнительные стенки, создающие непрерывный поток перемешиваемой мешалкой жидкости, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда и поверхность калориметрической бомбы. Термометр размещен в указанном непрерывном потоке жидкости, протекающем между внутренней поверхностью калориметрического сосуда и дополнительными стенками. Тигель изготовлен в виде чашечки из фольги, арматура его крепления представляет собой тонкую проволоку, не являющуюся токоподводом. Поджигающая проволока с привязанной к ней хлопчатобумажной ниткой, контактирующей с навеской бензойной кислоты в тигле, прикреплена непосредственно к контактам цепи поджига. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений в бомбовых калориметрах и может быть использовано для определения теплоты сгорания горючих газов.

Определение удельной теплоты сгорания топлива, осуществляют в бомбовых калориметрах. Бомбовые калориметры переменной температуры состоят из следующих основных частей: калориметрической оболочки, калориметрического сосуда, наполненного жидкостью определенной массы (объема), в который помещают калориметрическую бомбу для сжигания анализируемого топлива. Калориметрическая оболочка окружает калориметрический сосуд, в котором происходит изучаемый тепловой процесс, и обеспечивает определенные условия теплообмена калориметрического сосуда со средой. По увеличению температуры воды в калориметрическом сосуде определяют количество теплоты, выделившейся при сгорании топлива в калориметрической бомбе.

Количество энергии (теплоты) Q, выделившееся в результате сгорания топлива в калориметрической бомбе, вычисляют по методу теплового эквивалента, выраженному формулой Q=Ск⋅Т, где Ск - тепловой (энергетический) эквивалент калориметра, называемый иногда теплоемкостью калориметрической системы, определяется калибровкой калориметра; Т - величина известной функции выходного сигнала калориметра, например, температуры калориметрического сосуда (с поправкой на теплообмен сосуда и оболочки). Таким образом, в калориметре проводится сравнение известного (калибровочного) и неизвестного (измеряемого) тепловых процессов (Колесов В.П. Основы термохимии. М., Изд-во МГУ, 1996, 205 с). Для определения энергетического эквивалента калориметров, служащих для измерения теплоты сгорания топлива, принята в качестве эталонного вещества бензойная кислота, которая обязательно имеется в каждой калориметрической лаборатории, эксплуатирующей бомбовые калориметры.

Для сжигания газа в калориметрической бомбе калориметра применяют те же калориметры и бомбы, что и для сжигания твердых и жидких топлив. Типовая конструкция такого калориметра представлена в ГОСТ 147-2013 (ISO 1928:2009), рисунок 1 (прототип). Известный калориметр состоит из калориметрической оболочки с установленным внутри нее калориметрическим сосудом. Калориметрический сосуд заполнен жидкостью, перемешиваемой мешалкой. В жидкость калориметрического сосуда погружены калориметрическая бомба и измеритель температуры (термометр). Калориметрическая бомба для сжигания анализируемого топлива включает цилиндрический корпус, крышку, содержащую необходимые элементы для обеспечения герметичности и для впуска и выпуска кислорода и газа, два массивных электрода, к которым присоединена поджигающая проволока. Один из электродов служит держателем тигля (чашечки) для размещения и сжигания таблетки бензойной кислоты при калибровке калориметра или образцов анализируемых твердых и жидких топлив в опыте. (На рис. 1 в ГОСТ 147-2013 внутренние детали калориметрической бомбы не показаны, описание бомбы приведено в п. 7.2.1).

Недостатками конструкции калориметра-прототипа является следующее.

При сжигании бензойной кислоты в калибровочном опыте горение таблетки происходит в тигле, и факел пламени слабо нагревает электроды. В опытах по измерению теплоты сгорания горючего газа горение газа и тепловыделение происходят по всему объему бомбы, что приводит к значительно большему разогреву массивных электродов, чем в калибровочном опыте, и при этом за время главного периода опыта, которое выбирают минимально возможным, температура внутренних деталей бомбы не успевает сравняться с температурой стенок бомбы, охлаждаемых жидкостью калориметрического сосуда. Таким образом, при сжигании газа во внутренней арматуре бомбы остается неучтенное тепло, которое выступает как ошибка измерения величиной, обычно, 0,5-1%.

Другим недостатком калориметра-прототипа является неоптимальное расположение термометра, измеряющего температуру жидкости калориметрического сосуда. Это не вызывает погрешности при измерении теплоты сгорания твердых и жидких топлив, так как и при калибровке калориметра сжиганием бензойной кислоты, и в опыте не происходит изменения места горения и соответственно тепловыделения в жидкость калориметрического сосуда, и условия относительного (сравнительного) метода измерения в соответствии с ГОСТ 147-2013 хорошо соблюдаются. Но при сжигании газа сначала нагреваются стенки бомбы, а затем более массивная верхняя часть, тогда как при сжигании бензойной кислоты сначала факел пламени из тигля нагревает верх бомбы, а стенки нагреваются позднее. В этом случае результат измерения зависит от места расположения термометра.

Задачей заявляемого изобретения является разработка бомбового калориметра переменной температуры для определения удельной ОТС горючего газа при калибровке калориметра по бензойной кислоте, который обеспечит повышение точности измерений.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым бомбовым калориметром переменной температуры для определения удельной ОТС горючего газа, содержащим калориметрическую оболочку, установленный внутри нее калориметрический сосуд, заполненный перемешиваемой мешалкой жидкостью с погруженным в нее термометром, и установленную внутри калориметрического сосуда калориметрическую бомбу с тиглем для размещения навески бензойной кислоты при калибровке калориметра, арматурой крепления тигля и контактами цепи поджига, в котором, согласно изобретению, между поверхностью калориметрической бомбы и внутренней поверхностью калориметрического сосуда установлены дополнительные стенки, создающие непрерывный поток перемешиваемой мешалкой жидкости, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда и поверхность калориметрической бомбы, для чего дополнительная стенка у нижней торцевой поверхности калориметрической бомбы имеет отверстия, термометр размещен в указанном непрерывном потоке жидкости, протекающем между внутренней поверхностью калориметрического сосуда и дополнительными стенками, при этом тигель, изготовленный в виде чашечки из фольги, совместно с арматурой его крепления, представляющей собой проволоку, не являющуюся токоподводом, выполнен съемным, а поджигающая проволока с привязанной к ней хлопчатобумажной ниткой, контактирующей с навеской бензойной кислоты в тигле, прикреплена непосредственно к контактам цепи поджига.

На чертеже изображен бомбовый калориметр по предлагаемому изобретению. В калориметрический сосуд 1, окруженный калориметрической оболочкой 2, помещена калориметрическая бомба 3 с завинчивающейся крышкой 4 для проведения исследуемого процесса. Вокруг боковой и нижней торцевой поверхностей калориметрической бомбы 4 установлены дополнительные стенки 5 и 6. Стенка 6 имеет отверстия. Калориметрический сосуд 1 заполнен жидкостью 7 и снабжен магнитной мешалкой 8. При перемешивании жидкости 7 в калориметрическом сосуде 1 создается непрерывный поток жидкости 7, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда 1 и поверхность калориметрической бомбы 3. В потоке жидкости 7 между внутренней поверхностью калориметрического сосуда 1 и дополнительной стенкой 5 установлен термометр 9. Внутри калориметрической бомбы 3 в места контактов цепи зажигания на крышке 4 бомбы 3 прикреплена поджигающая проволока 10 с привязанной к ней хлопчатобумажной ниткой 11, контактирующей с навеской бензойной кислоты 12 в тигле 13, выполненном из тонкой фольги. Тигель 13 подвешен к крышке 4 бомбы 3 на хромоникелевой проволоке 14, не являющейся токоподводом. Тигель 13 и арматура его крепления (проволока 14) выполнены съемными.

Калориметр согласно изобретению работает следующим образом.

Не реже, чем один раз в три месяца, проводят калибровку калориметра сжиганием бензойной кислоты в калориметрической бомбе 3. Навеску бензойной кислоты 12 размещают в тигле 13 из тонкой фольги, подвешенном на хромоникелевой проволоке 14 к крышке 4 бомбы 3. К поджигающей проволоке 10 привязывают хлопчатобумажную нитку 11, другой конец которой контактирует с навеской бензойной кислоты 12 в тигле 13 и поджигает ее. Выполняют калибровку калориметра обычным образом, например, по МИ 2096-2009, для чего бомбу 3 заполняют сжатым кислородом и устанавливают в калориметрический сосуд 1. Результатом измерений является энергетический эквивалент Сб.к., который будет использоваться при расчете удельной ОТС горючего газа. Затем из бомбы 3 удаляют тигель 13 с подвесом 14, так как они сгорят при сжигании газа. Далее заправляют бомбу 3 горючим газом по одной из известных методик, затем сжатым кислородом, устанавливают бомбу 3 в калориметрический сосуд 1 и выполняют калориметрические измерения для определения удельной ОТС горючего газа.

Повышение точности калориметрических измерений на заявляемом калориметре для определения удельной ОТС горючего газа обеспечивается следующим.

Тепловыделение от сгорания бензойной кислоты при калибровке калориметра, соответствующее тепловыделению от сгорания горючего газа, например, природного газа, требует навески бензойной кислоты всего около 0,4 г, что позволяет использовать в конструкции предлагаемого калориметра облегченные тигель из фольги и арматуру его крепления в виде тонкой хромоникелевой проволоки (так как проволочный подвес не является токоподводом, то диаметр проволоки может быть выбран небольшим: 0,1-0,3 мм). В результате теплоемкость тигля с арматурой его крепления значительно снижается по сравнению с калориметром-прототипом (в котором используются массивные электроды и тигель) - теплоемкость подвеса с тиглем из фольги около 1 Дж/град, и при их удалении из калориметрической бомбы различие по теплоемкости при калибровке и в опыте в предлагаемом калориметре составляет менее 0,02%, но при этом исключается ошибка измерения удельной ОТС газа величиной порядка 0,5-1%, обусловленная различным нагреванием внутренней арматуры бомбы от различия мест тепловыделения в бомбе: в калибровочном опыте - точечное тепловыделение при сгорании таблетки в тигле, в рабочем опыте - объемное тепловыделение при сгорании газа.

Другим источником погрешности в калориметре-прототипе является неоптимальное расположение термометра, что не позволяет измерять температуру калориметрического сосуда в главном периоде калориметрического опыта с достаточной точностью (это должна быть температура наружной поверхности калориметрического сосуда по которой происходит теплообмен). Для устранения этой погрешности в предлагаемом калориметре в калориметрическом сосуде вокруг боковой и нижней торцевой поверхностей калориметрической бомбы установлены дополнительные стенки. Стенка у нижнего торца бомбы имеет отверстия, создающие непрерывный поток перемешиваемой мешалкой жидкости, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда и поверхность калориметрической бомбы. Термометр, установленный в этом непрерывном потоке между внутренней поверхностью калориметрического сосуда и дополнительной стенкой вокруг бомбы, принимает ту же температуру, что и поток жидкости, а стенка калориметрического сосуда, в свою очередь, также принимает температуру этого потока, что приводит к точному определению температурной поправки на теплообмен сосуда и оболочки и, соответственно, к точному измерению удельной ОТС горючего газа на предлагаемом калориметре при калибровке калориметра по бензойной кислоте.

При испытании заявляемого калориметра проведением определения удельной ОТС высокочистого метана с установленным по ГОСТ 31369 значением удельной ОТС были получены результаты, совпадающие в пределах достигнутой случайной погрешности измерений с установленным в ГОСТ 31369 значением.

Таким образом, предлагаемый бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной ОТС горючего газа при калибровке калориметра по бензойной кислоте обеспечивает повышение точности измерений.

Бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа, содержащий калориметрическую оболочку, установленный внутри нее калориметрический сосуд, заполненный перемешиваемой мешалкой жидкостью с погруженным в нее термометром, и установленную внутри калориметрического сосуда калориметрическую бомбу с тиглем для размещения навески бензойной кислоты при калибровке калориметра, арматурой крепления тигля и контактами цепи поджига, отличающийся тем, что между поверхностью калориметрической бомбы и внутренней поверхностью калориметрического сосуда установлены дополнительные стенки, создающие непрерывный поток перемешиваемой мешалкой жидкости, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда и поверхность калориметрической бомбы, для чего дополнительная стенка у нижней торцевой поверхности калориметрической бомбы имеет отверстия, термометр размещен в указанном непрерывном потоке жидкости, протекающем между внутренней поверхностью калориметрического сосуда и дополнительными стенками, при этом тигель, изготовленный в виде чашечки из фольги, совместно с арматурой его крепления, представляющей собой проволоку, не являющуюся токоподводом, выполнен съемным, а поджигающая проволока с привязанной к ней хлопчатобумажной ниткой, контактирующей с навеской бензойной кислоты в тигле, прикреплена непосредственно к контактам цепи поджига.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений и может быть использовано в бомбовых калориметрах для определения теплоты сгорания горючих газов.

Изобретение относится к области теплометрии и может быть использовано при осуществлении калориметрических измерений. .

Изобретение относится к области контроля качества подготовки природного и попутного газов к транспорту в нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано на топливно-энергетических, химических, нефтехимических и нефтегазоперерабатывающих предприятиях.

Изобретение относится к области экспериментального определения энтальпий сгорания и образования жидких органических и элементоорганических веществ. .

Изобретение относится к области калориметрического определения свойств веществ , а именно к устройствам для определения теплот сгорания горючих веществ . .

Изобретение относится к исследованию термодинамических свойств веществ и может быть использовано в лабораторной практике. .

Изобретение относится к области калориметрии, в частности к устройствам для определения теплотворной способности, и может быть использовано при анализе различных газообразных топлив.

Изобретение относится к физико-химическим методам исследования материалов и может быть использовано при контроле содержания водорода в материалах сварочного и металлургического производства.

Изобретение относится к области исследования свойств веществ с помощью калориметрических измерений теплоты сгорания элементоорганических соединений в кислороде.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для проведения комбинированных in-situ исследований структуры и теплофизических свойств материалов различного типа в широком температурном интервале.

Изобретение относится к области измерения теплоты сгорания горючих веществ в бомбовых калориметрах переменной температуры с калориметрической жидкостью. Калориметр включает калориметрическую оболочку (КО), снабженную крышкой (6) КО, калориметрический сосуд (КС), несъемно установленный в КО и снабженный крышкой (19) КС, калориметрическую бомбу (21) (КБ), установленную в КС, по меньшей мере один элемент (25) нагрева-охлаждения и магнитный привод, установленные на внешней стороне нижней части КО.

Изобретение относится к области исследования кинетики структурных и фазовых превращений в металлах. Заявлен способ выявления теплового эффекта фазового превращения в интервале низких температур до температуры кипения сжиженных газов.

Заявляемое термостатирующее устройство для проведения нанокалориметрических измерений в контролируемой атмосфере позволяет размещать внутри корпуса нанокалориметрический сенсор.

Предложены различные способы эксплуатации датчика кислорода. В одном примере способ эксплуатации датчика кислорода содержит приложение мощности к нагревателю датчика кислорода и извещение о том, контактирует ли вода с датчиком кислорода, на основе скорости изменения температуры датчика кислорода.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения мощности оптического излучения, и может быть использовано, в частности, для измерения оптической мощности волоконных лазеров высокой мощности.

Изобретение относится к области производства и испытаний химических элементов питания и может быть использовано для оценки их взрыво- и пожароопасности при эксплуатации.

Изобретение относится к области промышленной экологии и может быть использовано для расчета параметров теплового комфорта помещений различного назначения. Способ оценки теплового комфорта в помещениях заключается в определении параметров теплового комфорта, которые учитывают комфортные микроклиматические параметры и личностные параметры, включающие метаболизм и характеристику одежды, для этого предварительно для каждого класса помещений определяют изокомфортные микроклиматические параметры, соответствующие заданному уровню теплового комфорта, после чего рассчитывают эквивалентную комфортную температуру, затем полученные значения эквивалентной комфортной температуры аппроксимируют в виде расчетных выражений для каждого класса помещений по следующей шкале: Технический результат – повышение информативности получаемых данных за счет получения обобщающего параметра для оценки теплового комфорта в помещениях различного назначения.

Изобретение относится к ракетной технике и предназначено для исследования процессов тепломассопереноса в конструкциях ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ).

Изобретение относится к области высоких технологий, осуществляемых на основе управляемых термодинамических процессов, и может быть использовано для получения высокоизотермичных температурных полей объектов, нагреваемых внешним источником энергии.
Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений и может быть использовано в бомбовых калориметрах переменной температуры для определения теплоты сгорания горючих газов. Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от известного способа определения удельной ОТС горючего газа в бомбовом калориметре отличается тем, что после предварительного определения энергетического эквивалента калориметра по сжиганию бензойной кислоты в калориметрической бомбе, оснащенной двумя электродами и тиглем, удаления тигля из бомбы, из бомбы также извлекаются электроды и заменяются винтами, под головки которых крепится проволока для поджигания газа, проводится измерение объема калориметрической бомбы без электродов Vб. Проводят вычисления энергетического эквивалента калориметра с бомбой без электродов Сг по формуле:Сг=Сб.к-М⋅С, гдеСб.к - энергетический эквивалент калориметра по сжиганию бензойной кислоты, Дж/град;М - разность масс удаленных из бомбы электродов с тиглем и установленных винтов, г;С - удельная теплоемкость материала электродов, Дж/г⋅град.Далее бомба заправляется горючим газом, затем сжатым кислородом, бомба устанавливается в калориметр, газ сжигается, калориметрически измеряется теплота его сгорания и производится расчет удельной ОТС с использованием полученных величин Vб и Сг. Технический результат -повышение точности измерений.

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений в бомбовых калориметрах и может быть использовано для определения теплоты сгорания горючих газов. Предложен бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа, содержащий калориметрическую оболочку, установленный внутри нее калориметрический сосуд, заполненный перемешиваемой мешалкой жидкостью с погруженным в нее термометром, и установленную внутри калориметрического сосуда калориметрическую бомбу с тиглем для размещения навески бензойной кислоты при калибровке калориметра, арматурой крепления тигля и контактами цепи поджига. В предложенном калориметре между поверхностью калориметрической бомбы и внутренней поверхностью калориметрического сосуда установлены дополнительные стенки, создающие непрерывный поток перемешиваемой мешалкой жидкости, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда и поверхность калориметрической бомбы. Термометр размещен в указанном непрерывном потоке жидкости, протекающем между внутренней поверхностью калориметрического сосуда и дополнительными стенками. Тигель изготовлен в виде чашечки из фольги, арматура его крепления представляет собой тонкую проволоку, не являющуюся токоподводом. Поджигающая проволока с привязанной к ней хлопчатобумажной ниткой, контактирующей с навеской бензойной кислоты в тигле, прикреплена непосредственно к контактам цепи поджига. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Наверх